【摘要】：隨著發(fā)電機單機容量的增大,其有效材料的利用率和電機的效率均將提高,然而溫度是限制發(fā)電機單機容量增加的重要因素,因此準確的計算分析電機內(nèi)溫度場的分布對溫度監(jiān)測,預(yù)測電機壽命以及提高發(fā)電機容量至關(guān)重要。電機設(shè)計過程中定子線棒常采用換位技術(shù)來降低股線間的環(huán)流損耗以達到降低溫度的目的。定子換位線棒結(jié)構(gòu)復(fù)雜,采用數(shù)值法計算溫度場時網(wǎng)格剖分難度大,計算周期長。本文提出一種能夠考慮定子線棒實際換位結(jié)構(gòu)的熱網(wǎng)絡(luò)法計算定子溫度場,以一臺250MW水輪發(fā)電機為例,計算了定子換位線棒的溫度場分布情況。根據(jù)250MW水輪發(fā)電機定子換位線棒結(jié)構(gòu)特點建立了能夠考慮股線實際換位結(jié)構(gòu)的熱網(wǎng)絡(luò)模型,并給出了求解定子換位線棒熱網(wǎng)絡(luò)模型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點溫度方程組矩陣形式。應(yīng)用有限體積法計算了定子通風(fēng)溝內(nèi)流體的分布規(guī)律,依據(jù)經(jīng)驗公式,得到各散熱表面的散熱系數(shù),分別采用解析法和有限元法計算了求解域內(nèi)不同類型節(jié)點之間的徑向、周向及軸向熱導(dǎo);應(yīng)用三維有限元方法計算了考慮股線實際換位結(jié)構(gòu)的定子線棒損耗。根據(jù)計算得到的熱網(wǎng)絡(luò)參數(shù),計算分析了不考慮定子線棒換位結(jié)構(gòu)和考慮360°全換位結(jié)構(gòu)的定子溫度場,給出了求解域內(nèi)定子各部分的溫度最大值和最小值,對比分析了兩種情況下節(jié)點溫度沿徑向和軸向的分布規(guī)律,將360°全換位方式的定子換位線棒溫度場計算結(jié)果與數(shù)值法計算結(jié)果和實測值進行了對比驗證。研究了定子槽內(nèi)上下層線棒電流相位及定子線棒換位方式對定子換位線棒溫度場的影響。計算了異相槽、空換位方式和不足360°換位方式的定子換位線棒溫度場,并與360°全換位方式的定子換位線棒溫度場進行比較分析。
【圖文】：

部股線不進行換位處理，通過其他方法抑制端部不換位而造成的環(huán)流損耗，其中一種為在槽部不同位置添加空換位段[24, 25]，西安交通大學(xué)的學(xué)者已經(jīng)進行了相關(guān)的理論研究，在 360o全換位方式的基礎(chǔ)上在槽部設(shè)置一個或多個空換位段。國內(nèi)另一種常被采用的換位方案是不足 360o換位。不足換位即是指在槽部直線段內(nèi)，股線扭轉(zhuǎn)的角度小于 360o，因此稱為不足 360°換位。針對此種換位方式清華大學(xué)曾進行過相關(guān)研究，并將研究成果應(yīng)用在新安江水電廠的真機上進行了試驗[26]。除此之外，還有一種換位方式將端部股線的直線段也進行換位處理，即槽部的 360o換位的股線換位范圍延長至端部股線的直線部分，這種方法稱為延長換位，，新安江水電廠曾對延長換位進行過研究，并在真機上進行試驗[27]�？論Q位、不足換位、延長換位三者的原理類似，都是依靠槽部漏磁場感應(yīng)的不平衡電勢來抵消端部漏磁通所感應(yīng)的不平衡電勢。如果不足換位的換位角度或者延長換位的長度選擇恰當，可以有效的抑制定子換位線棒環(huán)流損耗。西安交大提出了一種端部連接方式，即在線棒端連接處進行 R、T 連接，以達到降低環(huán)流損耗的目的，這種端部連接形式可以通用于 0o/360o/0o以及 0o/540o/0o換位方式的定子線棒中[28]。大型交流發(fā)電機中定子線棒及其股線換位結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。

卻結(jié)構(gòu)下電機的溫度場分布情況，并對相關(guān)影響因素進行了分析[41]。2015 年東南大學(xué)張建忠利用等效熱網(wǎng)絡(luò)法研究了定頻雙轉(zhuǎn)子永磁風(fēng)力發(fā)電機的溫度場，利用實驗測試驗證了計算結(jié)果的準確性[42]。王曉遠等人建立了輪轂電機的等效熱網(wǎng)絡(luò)模型和 3D 有限元模型，熱網(wǎng)絡(luò)模型如圖 1-2 所示，利用等效熱網(wǎng)絡(luò)法和有限元法計算了輪轂電機額定工況下穩(wěn)態(tài)溫度場，并與實驗結(jié)果對比驗證了求解方法的有效性[43]。天津大學(xué)的李斌等人研究了采用軸向通風(fēng)冷卻方式的永磁同步電機溫度場，建立了軸向冷卻氣體的數(shù)學(xué)模型，并與電機的熱網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合，最后利用有限元法對結(jié)果進行了驗證[44]。目前，在分析交流電機溫度場的方法中數(shù)值法計算溫度場周期時間長，對計算機要求高，且對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的換位線棒剖分難度大；熱網(wǎng)絡(luò)法只是對單個鐵心段或沒有考慮線棒換位結(jié)構(gòu)的定子進行溫度場計算，缺少整個軸向方向上換位線棒的溫度分析。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM312

【參考文獻】

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本文編號：2603985